Что такое белки, и какие их функции в организме?

Специфика воздействия

Состоящие из остатков аминокислот белки-ферменты обеспечивают одну либо несколько однотипных реакций (каждый).

К примеру, жиры внутри клеток и в пищеварительном тракте расщепляются липазой. Это водорастворимый фермент, не действующий на белки и полисахариды. В то же время вещество, расщепляющее гликоген или крахмал, не оказывает никакого эффекта на жиры.

Интересно, что каждый молекула фермента осуществляет от нескольких тысяч до миллионов действий в минуту. В ходе этих процессов белок не расходуется вообще. Наоборот, он образует симбиоз с реагирующими веществами, ускоряя их превращения. После окончания он выходит из реакции в неизменном виде.

Ферменты

Ферменты, или энзимы, — особый класс белков, являющихся биологическими катализаторами. Благодаря ферментам биохимические реакции протекают с огромной скоростью. Скорость ферментативных реакций в десятки тысяч раз (а иногда и в миллионы) выше скорости реакций, идущих с участием неорганических катализаторов. Вещество, на которое оказывает свое действие фермент, называют субстратом.

Ферменты — глобулярные белки, по особенностям строения ферменты можно разделить на две группы: простые и сложные. Простые ферменты являются простыми белками, т.е. состоят только из аминокислот. Сложные ферменты являются сложными белками, т.е. в их состав помимо белковой части входит группа небелковой природы — кофактор. У некоторых ферментов в качестве кофакторов выступают витамины. В молекуле фермента выделяют особую часть, называемую активным центром. Активный центр — небольшой участок фермента (от трех до двенадцати аминокислотных остатков), где и происходит связывание субстрата или субстратов с образованием фермент-субстратного комплекса. По завершении реакции фермент-субстратный комплекс распадается на фермент и продукт (продукты) реакции. Некоторые ферменты имеют (кроме активного) аллостерические центры — участки, к которым присоединяются регуляторы скорости работы фермента (аллостерические ферменты).

Для реакций ферментативного катализа характерны: 1) высокая эффективность, 2) строгая избирательность и направленность действия, 3) субстратная специфичность, 4) тонкая и точная регуляция. Субстратную и реакционную специфичность реакций ферментативного катализа объясняют гипотезы Э. Фишера (1890 г.) и Д. Кошланда (1959 г.).

Э. Фишер (гипотеза «ключ-замок») предположил, что пространственные конфигурации активного центра фермента и субстрата должны точно соответствовать друг другу. Субстрат сравнивается с «ключом», фермент — с «замком».

Д. Кошланд (гипотеза «рука-перчатка») предположил, что пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создается лишь в момент их взаимодействия друг с другом. Эту гипотезу еще называют гипотезой индуцированного соответствия.

Скорость ферментативных реакций зависит от: 1) температуры, 2) концентрации фермента, 3) концентрации субстрата, 4) рН. Следует подчеркнуть, что поскольку ферменты являются белками, то их активность наиболее высока при физиологически нормальных условиях.

Большинство ферментов может работать только при температуре от 0 до 40 °С. В этих пределах скорость реакции повышается примерно в 2 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. При температуре выше 40 °С белок подвергается денатурации и активность фермента падает. При температуре, близкой к точке замерзания, ферменты инактивируются.

При увеличении количества субстрата скорость ферментативной реакции растет до тех пор, пока количество молекул субстрата не станет равным количеству молекул фермента. При дальнейшем увеличении количества субстрата скорость увеличиваться не будет, так как происходит насыщение активных центров фермента. Увеличение концентрации фермента приводит к усилению каталитической активности, так как в единицу времени преобразованиям подвергается большее количество молекул субстрата.

Для каждого фермента существует оптимальное значение рН, при котором он проявляет максимальную активность (пепсин — 2,0, амилаза слюны — 6,8, липаза поджелудочной железы — 9,0). При более высоких или низких значениях рН активность фермента снижается. При резких сдвигах рН фермент денатурирует.

Скорость работы аллостерических ферментов регулируется веществами, присоединяющимися к аллостерическим центрам. Если эти вещества ускоряют реакцию, они называются активаторами, если тормозят — ингибиторами.

Роль беков животного происхождения

Значение белков для организма стоит рассмотреть отдельно для «животных» источников, ведь они являются первостепенными. Считается, что именно такая пища должна составлять львиную долю рациона человека. При этом один день в неделю желательно переходить на вегетарианскую диету, когда в пищу принимаются только сырые овощи. Такой подход – путь к избавлению от токсинов. В результате пищеварение улучшается, а кожа – омолаживается.

Весьма полезен для организма дикий лосось. Роль белков, поступающих вместе с этим продуктом, переоценить невозможно. Они улучшают состояние кожи, устраняют ее дряблость и обвислость. Кроме того, благодаря омега-3 улучшается работа мозга и нормализуются обменные процессы.

Не менее полезно мясо птицы

Но здесь стоит уделять внимание экологически чистым продуктам питания. В их составе достаточный объем аминокислот и других элементов, которые позитивным образом действуют на организм:

• холин нормализует работу мозга, улучшает память;
• глутатион играет роль антиоксиданта;
• лецитин;
• серосодержащие вещества.

Отдельного внимания заслуживает и говядина, в составе которой большой объем линолевой кислоты, не вырабатываемой нашим организмом и способной позитивно влиять на многие процессы. Действие этой кислоты направлено на снижение риска онкологических заболеваний, уменьшение веса, нормализацию обменных процессов.

Значение белков и аминокислот в питании человека

Большинство знает, что значение белков для организма очень велико, ведь они важны для строительства и восстановления мышц, но зачастую мы не осознаем, что они также помогают поддерживать иммунитет, защищают жизненно важные ткани во время спортивных занятий, требующих выносливости, уменьшают чувство голода и даже помогают вам сжигать больше калорий.

Include Me shortcode: file not found

Пищевые белки состоят из 20 аминокислот, которые выступают в качестве строительного материала для мышц. Во время длительных заездов, напряженных интервальных и силовых тренировок мышцы испытывают повреждающие нагрузки. Учитывая роль белков в питании человека, необходимо в достаточном объеме снабжать мышцы аминокислотами, позволяющими восстанавливать и укреплять их, что невозможно без белков. Включение данных веществ в рацион питания способно также облегчить мышечные боли. И хотя они не являются основным источником топлива, значение белков для организма человека сложно переоценить, ведь они поставляют организму необходимую энергию, особенно когда истощаются запасы гликогена.

Во время упражнений, требующих выносливости, от 3 до 8 процентов энергии должно поступать с аминокислотами, имеющими разветвленные цепочки, особенно лейцином, изолейцином и валином. Аминокислоты с разветвленными цепочками окисляются в мышцах с выделением энергии.

Какую роль играет белок для организма человека

Ученые выяснили, что при отсутствии белка, стала бы невозможной как таковая жизнь на Земле.

Мы уже говорили, что белок:

• является основным материалом, который выполняет строительную функцию для всего организма;
• служит основой для появления новых клеток и тканей;
• участвует в формировании и поддержании в норме различных органов;
• стимулирует появление ферментов и большей части гормонов;
• поддерживает уровень гемоглобина в крови и других важный веществ.

Также он может выполнять защитную функцию, нейтрализуя различные виды инфекций. Он способствует улучшенному усвоению витаминов и минеральных веществ.

Так как в процессе жизни, организм расходует большое количества белка, то его нужно постепенно восполнять. Все дело в том, что этот биологический элемент не накапливается и не создается организмом в отличие от других веществ.

Функции белков

Работа и функции белков лежат в основе структуры любого организма и всех протекающих в нем жизненных реакций. Любые нарушения этих белков приводят к изменению самочувствия и нашего здоровья. Необходимость изучения строения, свойств и видов белков кроется в многообразии их функций.

Первые слова из определения Ф.Энгельсом понятия жизни «Жизнь есть способ существования белковых тел, …. » до сих пор, по прошествии полутора веков, не потеряли своей правильности и актуальности.

Структурная функция

Вещество соединительной ткани и межклеточный матрикс формируют белки коллаген, эластин, кератин, протеогликаны.

Непосредственно участвуют в построении мембран и цитоскелета (интегральные, полуинтегральные и поверхностные белки) – спектрин (поверхностный, основной белок цитоскелета эритроцитов), гликофорин (интегральный, фиксирует спектрин на поверхности).

К данной функции можно отнести участие в создании органелл – рибосомы.

Ферментативная функция

Все ферменты являются белками. В то же время есть данные о существовании рибозимов, т.е. рибонуклеиновых кислот, обладающих каталитической активностью.

Гормональная функция

Регуляцию и согласование обмена веществ в разных клетках организма осуществляют гормоны. Такие гормоны как  инсулин и глюкагон являются белками, все гормоны гипофиза являются пептидами или небольшими белками.

Рецепторная функция

Эта функция заключается в избирательном связывании гормонов, биологически активных веществ и медиаторов на поверхности мембран или внутри клеток.

Транспортная функция

Только белки осуществляют перенос веществ в крови, например, липопротеины (перенос жира), гемоглобин (связывание кислорода), гаптоглобин (транспорт гема), трансферрин (транспорт железа). Белки  транспортируют в крови катионы кальция, магния, железа, меди и другие ионы.

Транспорт веществ через мембраны осуществляют белки — Na+,К+-АТФаза (антинаправленный трансмембранный перенос ионов натрия и калия), Са2+-АТФаза (выкачивание ионов кальция из клетки), глюкозные транспортеры.

Резервная функция

В качестве примера депонированного белка можно привести производство и накопление в яйце яичного альбумина. У животных и человека таких специализированных депо нет, но при длительном голодании используются белки мышц, лимфоидных органов, эпителиальных тканей и печени.

Сократительная функция

Существует ряд внутриклеточных белков, предназначенных для изменения формы клетки и движения самой клетки или ее органелл (тубулин, актин, миозин).

Защитная функция

Защитную функцию, предупреждая инфекционный процесс и сохраняя устойчивость организма, выполняют иммуноглобулины крови, факторы системы комплемента (пропердин), при повреждении тканей работают белки свертывающей системы крови — например, фибриноген, протромбин, антигемофильный глобулин. Механическую защиту в виде слизистых и кожи осуществляют коллаген и протеогликаны.

К данной функции также можно отнести поддержание постоянства коллоидно-осмотического давления крови, интерстиция и внутриклеточных пространств, а также иные функции белков крови.

Белковая буферная система участвует в поддержании кислотно-щелочного состояния.

Существуют белки, которые являются предметом особого изучения:

Монеллин – выделен из африканского растения, обладает очень сладким вкусом, не токсичен и не способствует ожирению.

Резилин – обладает почти идеальной эластичностью, составляет „шарниры» в местах прикрепления крыльев насекомых.

Белки со свойствами антифриза обнаружены у антарктических рыб, они предохраняют кровь от замерзания

Коэффициент усвояемости белка

Вот часть полноценных белков в зависимости от коэффициента усвояемости, наилучшая усвояемость у белков с коэффициентом 1.0:

Яичный белок

• Молоко 1.00
• Изолированный соевый белок 1.00
• Яйца куриные 1.00
• Говядина 0.92
• Гороховая мука 0.69
• Фасоль консервированная 0.68
• Овес 0.57
• Чечевица 0.52
• Арахис 0.52
• Пшеница 0.40

Если возникают проблемы с перевариванием можно употреблять белок куриных яиц(это эталон полноценного белка) или кисломолочные продукты, так как они содержат белок в наиболее легкой и усвояемой форме В пищеварительном процессе происходит процесс распада белка на составляющие аминокислоты при воздействии ферментов для дальнейшего построения собственных белков из них, либо преобразования в энергию. Общепринятых норм по потреблению белков нет, так как толстый кишечник в своей микрофлоре синтезирует аминокислоты не учитывающиеся в белковых нормах.

Следует помнить:

При переизбытке белка наша печень преобразовывает их в жиры, так сказать, про запас, чтобы сохранить этот источник энергии на нужный момент.

Исходя из таблиц расчета идеальной массы тела можно увидеть что рекомендуемая потребность в белке для совершеннолетнего человека составляет 0,8 грамм на каждый килограмм веса. Т.е. при 100кг веса человек в день должен употреблять примерно 80 гр белка Некоторые диетологи указывают на то, что в ежедневном рационе человека белковая пища должна брать на себя примерно 15 из 100% потребляемых калорий, и на каждый грамм употребленного белка следует принимать примерно один миллиграмм Витамина С, белка усвоится равно столько, на сколько хватит содержащегося в организме витамина. Конечно это правило может изменятся в зависимости от сферы деятельности и образа жизни конкретного человека. Во время болезней, физических нагрузках, зимой, в детстве, когда организм усиленно растет и развивается требуемая доза возрастает Летом, с возрастом при подагре и остальных болезнях связанных с не усвоением белков их организму требуется меньше

Образование белка из аминокислот

Белки формируются из своих составляющих из аминокислот. Белок формируется из 22 аминокислот, 14 из которых мы можем синтезировать сами, а 8 поступает только с пищей и называются они незаменимые.

Рис.1 Содержание белка в продуктах.

Точно также как мы сами не можем синтезировать йод, кальций, мы должны их получать. Если происходит исключение одной из аминокислот, ломается весь обменный процесс. Нарушается все белковое равновесие и обменные процессы начинают проходить по резервным путям с ограниченным использованием остального комплекса аминокислот. Под этот минимальный уровень, какого-то необходимого вещества выстраивается весь обмен веществ. Это касается и аминокислот и витаминов и микроэлементов. Если чего то не хватает это лимитирующая планка, когда организм выше прыгнуть не может.

Незаменимые аминокислоты участвуют не только в синтезе белков, каждая из них выполняет важную функцию. Если мы беремся решать какую то проблему в нашем организме, то у щитовидки, например, ни йодом единым решается проблема.

Недостаток белка в организме

Недостаток белка в организме наблюдается при длительном нарушении баланса между поступлением и распадом белка в организме, когда процесс распада начинает преобладать. Ее причина заключается в малом потреблении белка с пищей или в преимущественном потреблении белков низкой биологической ценности, которые характеризуются дефицитом незаменимых аминокислот. При этом рацион может удовлетворять потребность организма в энергии за счет углеводов и жиров. Однако энергетическая недостаточность усугубляет нехватку белков: белки начинают расходоваться на энергетические затраты организма, а усвоение поступающего с пищей белка ухудшается.

При нарушении принципов рационального питания, что может быть вызвано неблагоприятными социально-экономическими факторами или увлечением физиологически не обоснованными диетами, возникает так называемая алиментарная белковая недостаточность. Но чаще белковая недостаточность обусловлена различными заболеваниями. Переваривание и всасывание белка нередко нарушаются при болезнях органов пищеварения, особенно поджелудочной железы и кишечника. Повышенный расход или потери белка наблюдаются при активном туберкулезе, инфекционных заболеваниях, болезнях почек, тяжелых травмах и операциях, обширных ожогах, злокачественных новообразованиях, массивных кровопотерях и т. д.

При болезнях печени или почек к данному состоянию могут привести излишне продолжительные малобелковые диеты.

Здоровому взрослому человеку в сутки нужно потреблять около 80-90 граммов белка, половина из которых должна приходиться на долю: животных продуктов.

Белковая недостаточность способствует ухудшению работы пищеварительной системы (особенно печени и поджелудочной железы), эндокринной, кроветворной, иммунной и других систем организма, атрофии мышц. Организм начинает менее эффективно усваивать другие пищевые вещества, что ведет к появлению соответствующих дефицитных состояний, например гиповитаминозов. Снижаются работоспособность и сопротивляемость инфекциям, замедляется выздоровление при различных заболеваниях, в частности заживление ран после операций и травм.

Классификация

Рассказывая об особенностях и функциях белков-ферментов, нужно отметить, что на данный момент известно более 2000 их видов. Но количество постоянно увеличивается.

Условно ферменты делятся на 6 групп. В качестве критерия классификации выступает характер реакций, который они вызывают.

Также стоит упомянуть, что процесс синтеза или расщепления какого-либо вещества в клетке обычно делится на ряд химических операций. Каждая из них выполняется отдельным белком-ферментом. Группы таких элементов составляют некий биохимический конвейер.

По сути, каждый фермент – это своеобразная молекулярная машина. Благодаря определенному расположению аминокислот и пространственной структуре своих компонентов, он имеет способность узнавать «свой» субстрат среди остальных. Поэтому присоединение выполняется мгновенно, что и обуславливает скорость химических реакций.

Функции белков.

Белки в клетке выполняют важные и многообразные функции. Прежде всего они выполняют строительную функцию

. Из белков состоят мембраны клеток и клеточных органоидов. У высших животных в основном из белков состоят стенки кровеносных сосудов, сухожилия, хрящи и т. д.

Громадное значение имеет каталитическая функция белков

. Из курса химии вам известно, что скорость химических реакций зависит от свойств реагирующих веществ, от их концентрации и температуры, при которой идет реакция. Химическая активность веществ в живой клетке, как правило, невелика. Концентрации их в клетке большей частью незначительны. Температура клеточной среды невысокая. Таким образом, реакции в клетке должны были бы протекать очень медленно. Между тем реакции в клетке идут с большими скоростями. Это достигается благодаря наличию в клетке катализаторов. Клеточные катализаторы называются ферментами. Каталитическая активность ферментов исключительно велика. Они ускоряют реакции в десятки, сотни миллионов раз. По химической структуре ферменты — белки. В большинстве случаев ферменты катализируют превращения веществ, размеры молекул которых по сравнению с размерами макромолекулы фермента очень малы. Например, фермент ката-лаза имеет молекулярную массу 250000, а пероксид водорода (Н 2 О 2), распад которого катализирует каталаза, всего 34. Такое соотношение между размерами фермента и веществом, на которое он действует, наводит на мысль, что каталитическая активность фермента определяется не всей его молекулой, а только небольшим ее участком — активным центром фермента. Как известно, реакция между веществами происходит при условии тесного сближения их молекул. Возможность сближения фермента и вещества происходит благодаря геометрическому соответствию структур активного центра фермента и молекулы вещества. Они подходят друг к другу, «как ключ к замку». При денатурации фермента его каталитическая активность исчезает, так как нарушается структура активного центра.

Почти каждая химическая реакция в клетке катализируется особым ферментом. Число различных реакций, протекающих в клетке, достигает нескольких тысяч. Соответственно в клетке обнаружено несколько тысяч разных ферментов.

Кроме строительной и каталитической функций, важна сигнальная функция белков

. В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку.

Белкам присуща также двигательная функция

. Движение — одно из проявлений жизненной активности. Все виды движения, к которым способны клетки у высших животных, в том числе и сокращение мышц, а также мерцание ресничек у простейших, движения жгутиков, выполняют особые сократительные белки.

Белки выполняют также транспортную функцию

. Они способны присоединять различные вещества и переносить их из одного места клетки в другое. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его ко всем тканям и органам тела.

Большое значение имеет защитная функция белков

. При введении чужеродных белков или клеток в организм в нем происходит выработка особых белков, которые связывают и обезвреживают чужеродные клетки и вещества.

Следует отметить, наконец, энергетическую функцию белков

. Белки распадаются в клетке до аминокислот. Часть аминокислот используется для синтеза белков, часть же подвергается глубокому расщеплению, в ходе которого освобождается энергия. При полном расщеплении 1 г белка освобождается 17,6 кДж.

О громадном значении белков для жизни догадывались давно. Сто лет назад Ф. Энгельс писал, что «жизнь есть форма существования белковых тел». Эта фраза стала крылатой, в ней подчеркивается решающее значение белков для жизни. Данные современной биологии полностью подтверждают этот вывод.

Роль печени в синтезе белков

В печени синтезируются белки, содержащиеся в плазме крови: альбумины, глобулины (за исключением гамма-глобулинов), фибриноген, нуклеиновые кислоты и многочисленные ферменты, из которых некоторые синтезируются только в печени, например ферменты, участвующие в образовании мочевины.

Белки, синтезированные в организме, входят в состав органов, тканей и клеток, ферментов и гормонов (пластическое значение белков), но не запасаются организмом в виде разных белковых соединений. Поэтому та часть белков, которая не имеет пластического значения, при участии ферментов дезаминируется – распадается с освобождением энергии на разные азотистые продукты. Период полураспада белков печени равен 10 дням.

Как устроен белок?

Молекула белка представляет собой спираль, которая состоит из аминокислотных остатков (аминокислот). Всего в природе насчитывают около 80 аминокислот, но для человеческого организма интересны всего 22 аминокислоты, из которых 12 – это заменимые аминокислоты и 10 – незаменимые. Так вот именно незаменимые аминокислоты представляет для нас наибольший интерес. Сейчас объясню почему.

Для человека очень важно, чтобы с пищей он потреблял все незаменимые аминокислоты, так как они не синтезируются в нашем организме самостоятельно! В этом и есть их главное отличие от заменимых аминокислот. Если наш организм не получает хоть одну незаменимую аминокислоту, то это может стать причиной многих проблем со здоровьем, из-за чего не стоит недооценивать

В первую очередь нам интересны белки, которые по своему аминокислотному составу являются полноценными. Полноценные белки
– это белки, в составе которых присутствуют все незаменимые аминокислоты. Если же в белке отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота или она представлена в недостаточном количестве, то такой белок считается уже неполноценным.

Итак, какие же продукты представлены полноценным белком, а какие нет?

Полноценные белки
– это в первую очередь белки животного происхождения: яйца, мясо животных, мясо рыбы, морепродукты, молочные продукты и соя (единственный растительный белок, который полностью полноценный).

Неполноценные белки
– это белки растительного происхождения: орехи, бобовые, крупы и некоторые овощи.

Чтобы наш организм работал, как часы, а наша иммунная система была крепкой, нам нужно так выстроить свой суточный рацион питания, чтоб 60% всех потребляемых белков за день были ПОЛНОЦЕННЫМИ, а именно ЖИВОТНОГО происхождения!

А теперь давайте рассмотрим основные функции белков в нашем организме
.

Два основных вида белков по происхождению

Выясняя, для чего нужны белки в организме человека, следует помнить о двух основных источниках. Белки бывают растительного и животного происхождения. Тут все предельно ясно. Растения-рекордсмены по содержанию белка – это бобовые. Белков животного происхождения много в мясе, рыбе, твороге, птице, яйцах, сыре.

Почему для того, чтобы покрыть суточную потребность в белке, нужно употреблять больше протеинов животного происхождения? Да потому, что в них гораздо больше незаменимых аминокислот. Суточная норма валина равна 3,5 г, и чтобы получить именно столько, нужно съесть 300 г говядины или 800 г макарон. Или изолейцина нужно потреблять в норме также 3,5 г, и для этого нужно скушать всего 120 г куриного филе или 450 г гороха. Что легче съесть?

Белок в продуктах питания

Существуют две условные группы продуктов, содержащих белок. Это животный и растительный, в зависимости от происхождения. Уже не первый год идут жаркие споры между поклонниками и противниками вегетарианства. Первые утверждают, что растительных белков вполне достаточно для организма. Вторые же указывают на незаменимость животных белков. Содержание белка в фасоли и бобах такое же высокое, как и в мясе, но дело в том, что белки являются сложным соединением. Иначе говоря, белок сложен в усвоении организмом. Легче всего усваиваются белки в яйцах и молочной продукции, следом идет мясо птиц, рыб, животных. Орехи, бобовые усваиваются труднее, но тяжелее всего усваивается белок, содержащийся в крупах.

Больше всего белка содержится в мясе и морепродуктах, следом идут яйца и молочная продукция. Далее следуют бобовые (чечевица, фасоль, горох), крупы (гречка наиболее богата белком), орехи (фундук, арахис, семечки подсолнуха). В овощах белок можно найти в спарже, кабачках, картофеле.

Стоит помнить, что в противовес трудности усваивания растительных белков, животные белки при усвоении выделяют больше токсинов, а также холестерин, особенно это касается мясной пищи. Диетологи рекомендуют сочетать в рационе как животные, так и растительные белки. Всего должно быть в меру. При переизбытке протеина в организме, он преобразовывается в жиры, что приводит к ожирению и сопутствующим проблемам.

И помните, что белковая пища должна пройти термическую обработку. Так белок лучше усваивается.